GeForce 8800: DirectX 10, mehr Speicher und Strombedarf

Komplett neue GPU-Architektur

Bei der Adressierung des Speichers beginnen bereits die Neuerungen des G80-Prozessors. Hatte sich ATI bereits mit der Radeon-X1900-Generation für einen Ringbus und mit dem Radeon X1950 für GDDR-4-Speicher entschieden, so bindet Nvidia die GDDR-3-Chips noch einzeln an die GPU an. Auf Grund der Speichermenge bei den GTX- und GTS-Modellen des GeForce 8800 ergibt sich so ein Speicherbus von 384 bzw. 320 Bit. Dieser Unterschied macht sich deutlich in der jeweiligen Speicherbandbreite bemerkbar: 86,4 GByte pro Sekunde sind es beim GTX, beim GTS nur noch 64. Somit ist die günstigere Karte auf Grund des Busses - und nicht nur durch die nur wenig geringeren Taktungen - deutlich langsamer.

Übersicht der Shader-Modelle Wie Nvidia unumwunden zugibt, lag der Design-Schwerpunkt des G80 auf den "Unified Shadern". Sie sind zwar nicht zwingende Voraussetzungen für DirectX 10, aber - wie auch schon ATI im Gespräch mit Golem.de betonte - die einzig effiziente Lösung. Der Grund sind vor allem die sehr viel längeren Shader-Programme des "Shader Model 4.0" von DirectX 10. Sie können nun bis zu 65.535 Befehle lang sein, beim Shader Model 3.0 von DirectX 9 waren es noch 512 Instruktionen. Diese langen Code-Folgen sind bei Pixel- wie Vertex-Shadern möglich. Da zudem während des Laufs eines Shader-Programms auch Verzweigungen und Ladeoperationen möglich sind, dürfte sich der Grafik-Code moderner Spiele immer mehr dem berühmten Teller Spaghetti nähern, der in der Programmierung als Vergleich für die Schwierigkeit von Parallelisierung in Hardware gern benutzt wird: Stehen die Nudeln auf dem Tisch, scheinen sie endlos verschlungen. Ungekocht ist dasselbe Nahrungsmittel aber schön gerade und für parallele Nahrungsaufnahme ideal - aber viel zu hart.

Schiff wartet auf Wasser: Ungleich ausgelastete Shader Auf Grafikchips übertragen bedeutet das: Wirft man eine aufgerollte Gabel Spaghetti (-Code) in einen Grafikprozessor, so muss er das Gewirr aufdröseln. Anders als bei der Pasta ist es aber möglich, dass das eine Ende einer Shader-Nudel auf einmal warten muss, weil es mit einer anderen Teigware untrennbar verknotet ist. Die Threads behindern sich gegenseitig, was Nvidia auch in nebenstehender Grafik dargestellt hat.

Nvidia-Demo 'Adrianne': Nahe am Fotorealismus Es gilt also, alle Nudeln möglichst einzeln zu erwischen und viel davon parallel zu verarbeiten. Dafür hat Nvidia statt der bisherigen Schlacht um immer mehr Pixel- und Vertex-Einheiten für die neue GTX 128 "Stream Processors" geschaffen, bzw. 96 der Rechenwerke beim GTS. Sie sind relativ kleine Funkionseinheiten, die aber universell für Pixel- und Vertex-Shading dienen. Dazu kommt auch noch die bei Nvidia nun ausdrücklich vorgesehene Physik-Berechnung auf der GPU - ob außer den ersten Demos mit fliegenden Haaren auch mit anderen Physik-Bibliotheken wie PhysX oder Havoc, verriet Nvidia noch nicht.

Zupf: Geometrie-Shader verzerren Modelle in der GPU Mit DirectX 10 ziehen auch die "Geometry Shaders" in die Spiele-Programmierung ein, was bei professioneller Animation bereits üblich ist. Die GPU kann damit ohne den Hauptprozessor auch zusätzliche Dreiecke erstellen oder aus dem 3D-Model löschen. Damit kann beispielsweise eine Spielfigur - in gewissen Grenzen - ihr Aussehen ändern, was Nvidias Demos mit einem Frosch zeigen, den man kräftig an der Backe oder dem Augenlid ziehen kann. Da die Geometrie-Shader ihre Programm auch auf sich selbst anwenden können, ist zudem die Schattenberechnung einfacher: Was eine Spielfigur an Schatten werfen kann, ist der GPU ohne Hilfe von außen schon bekannt. Bisher war die Schattenberechnung - die unter anderem Doom3 zu seinem damals beeindruckenden Look verhalf - äußerst verzwickt und eine große Last für GPU wie CPU.

Eine FPU, ein Scheduler, aber viele Stream-Einheiten Um die 128 Stream-Prozessoren immer gut auszulasten, hat Nvidia sich eine vollmundig "GigaThread" genannte Technik ausgedacht. Ein eigener Scheduler - um im Bild zu bleiben: eine winzig kleine Gabel für nur einen Spaghetti - soll die Shader-Programme optimal auf die Rechenwerke verteilen. Wie das klappt und wie effektiv es bei den noch nicht vorhandenen DirectX-10-Spielen ist, verrät Nvidia noch nicht.

Die neue Mehrleistung durch die 128 Rechenwerke steckt Nvidia bei schon verfügbaren Spielen vorerst in höhere Frameraten bei mehr Bildqualität: 16faches Anti-Aliasing ist mit dabei, nun auch - wie bei ATIs X1900-Serie schon von Anfang an - in Verbindung mit den Überstrahl-Effekten des Rendering mit "High Dynamic Range" (HDR). Auch mit den höchsten Qualitätseinstellungen sollen die G80-Karten immer noch deutlich schneller sein als ihre Vorgänger. Vor allem für die besseren Filter hat Nvidia die Speichermenge auf den Karten erhöht.